中山大學章志珍Nature Reviews Materials：應用paddle-wheel機制設計新型快離子導體

【背景介紹】

快離子導體是固態器件中不可或缺的組成部分，這類材料在固態狀態下表現出和液態媲美的離子電導率。從原子尺度上理解離子超快傳導行為的本質，有助于其應用于固態電池等新技術中，但目前仍是一個嚴峻的挑戰。過去三十年對各種材料離子輸運行為的研究對理解陽離子傳導機制提供了深刻見解，然而這些研究主要集中在探究靜態晶格骨架對陽離子擴散的影響，忽略了陽離子-陰離子相互作用的貢獻。近期的研究表明，基于paddle-wheel機制的陰離子轉動對于陽離子擴散傳導具有顯著的促進作用，然而，陰離子轉動通常只在一些離子導體的高溫相中存在。本文通過回顧近些年對于陰離子轉動現象的研究和認識，提出通過采取機械方法或者缺陷化學的方法可以將陰離子轉動穩定在室溫，從而在室溫下利用paddle-wheel促進陽離子傳導，為設計新型的快離子導體提供了新的指導思路。

【成果簡介】

中山大學章志珍教授（一作）、加拿大滑鐵盧大學Linda Nazar院士（通訊作者）基于其在近期的研究工作中（J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 19360-19372；Matter, 2020，2 (6), 1667-1684）首次發現室溫聚陰離子轉動現象及陰離子轉動通過paddle-wheel機制促進陽離子傳導這一新的離子傳導機制進行了評述，對陰離子轉動如何影響陽離子的擴散展開了深入的討論，并提出將陰離子轉動穩定在室溫的策略從而成功地在室溫下利用paddle-wheel機制來顯著提高陽離子電導率（幾個數量級）。該研究以題為“Exploiting the Paddle-Wheel Mechanism for the Design of Fast Ion Conductors”的論文發表在材料領域國際頂級學術期刊《Nature Reviews Materials》。”

【研究亮點】

(1). 將無機離子導體中的陰離子轉動行為與塑晶材料中的離子行為進行了類比，并對各種類型的陰離子轉動行為及其與陽離子電導率的關系進行了梳理；

(2). 深入探討了陰離子轉動如何通過paddle-wheel機制改變陽離子傳導所感知的勢壘，從而促進陽離子傳導；

(3). 創新性地提出穩定陰離子轉動行為的策略，為未來快離子導體的設計提供了新的指導思路。

【圖文導讀】

塑晶的研究背景

塑晶是一種介于有序晶體和液相/熔融態之間的中間態，具有長程有序、短程無序的特點。塑晶（通常是有機化合物）中的分子隨機取向，僅通過微弱的長程力進行相互作用，其通常具有高度的可壓縮性和可變形性，因此被定義為“塑性”的。傳統的塑晶可分為分子晶體或離子晶體，由離散分子或離子構成，位于特定的晶格位置。在有機塑晶材料中，無論是陽離子還是陰離子都可以在固體狀態下表現出旋轉自由度。塑晶相采用高對稱結構，通常為立方排列，例如面心立方（fcc）或體心立方（bcc）排列。這些不尋常化合物中的分子離子通常呈現“球狀”形狀，即要么圍繞中心對稱，要么通過繞軸旋轉而呈現球形。由于分子之間的相互作用相對較弱，重新定向過程的發生幾乎沒有阻礙。圖 1a對比說明了有序相和塑晶（轉動相）中分子的取向。

塑晶具有多種特征，其一是單價和二價陽離子均可在塑性晶體中表現出高的可移動性，僅因陽離子尺寸差異而略有不同，顯著區別于常見的固態電解質（陽離子的可移動性主要取決于離子半徑和價態）；另一個顯著特征是相較于有序晶體，塑晶在熔化時具有較小的焓變和熵變，而發生固態相變時焓變和熵變較大（圖1b）。

圖1.?塑性晶體的特點

(a）有序相和轉子相（塑性晶體）中分子取向的對比；

(b)典型的有序晶體和塑性晶體熔化焓變和固相轉變焓變。

表征陰離子運動的技術手段

核磁共振（NMR）可用于測量較寬的時間尺度內陰離子和陽離子的運動，固態核磁弛豫法可獲得原子躍遷頻率、擴散系數及相關活化能、陰陽離子運動過程中是否協同效應等信息。擴散系數（Dr）的結果反映了與NMR相互作用的時間尺度相當的局部運動過程。由于中子的波長、動能與材料中原子間距離、激發能相近，準彈性中子散射（QENS）可用于探測長程擴散運動和短程局部運動相關的動力學過程。使用最大熵法（MEM）分析中子衍射的數據，重構核密度圖，可以獲得納秒尺度內結構無序的相關信息，進而探索聚陰離子的旋轉運動。從頭算分子動力學模擬（AIMD）能夠記錄每個原子在飛秒尺度內的運動信息，彌補了QENS和MEM僅能獲得原子運動的統計平均信息的不足，可直接證明陰陽離子的運動的動力學信息，從而研究其耦合關系。

無機導體中陰離子的旋轉

過去四十年的研究表明，轉動相存在于堿金屬無機鹽中（圖2）。作者將存在陰離子無序或陰離子旋轉運動的鹽按結構分類并分別介紹其特點，從而建立起陰離子轉動、晶體結構特點、陽離子輸運性質之間的聯系。

圖2.有機和無機鹽中轉動相的發現時間表。

1 ?[SO₄]^2-與[PO₄]^3-的旋轉

一些具有[SO₄]^2-和[PO₄]^3-的無機鹽在高溫時呈塑晶相，即[SO₄]^2-和[PO₄]^3-聚陰離子發生旋轉運動，這種旋轉運動與有序-無序相變時伴隨的離子電導率的幾個數量級的跳躍同時發生。Li₂SO₄是首個被報道的具有這種陰離子轉動現象的材料，該化合物在轉變溫度T_trans（848K）時發生一級相變，從單斜β多晶轉變為立方α相。它的低溫四方相具有較差的離子導電性和較高的活化能（E_a＞2 eV），當溫度接近相變溫度T_trans時，Li⁺離子電導率提高了四個數量級。這一發現當時并沒有引起足夠的重視，直到后來確定高溫相的α-Li₂SO₄其陰離子屬于面心立方密堆積(fcc)。更為重要的是，在接近其熔點1,133K的溫度下，電導率（1.0-3.0S cm-1）與熔融狀態的電導率大小相同：熔融時，電導率僅提高28%。陰離子采用高對稱性排列，硫酸根離子圍繞S球形無序排列；Li⁺離子位于四面體位點，而八面體位點仍然空著。β→α相變的特點是體積明顯膨脹（4.5%），并且該相變的焓變很大，高達24.8 kJ mol-1，約為熔化焓變（9.0 kJ mol-1）的三倍。事實上，Li₂SO₄是只是硫酸鹽中具有轉動特性的其中之一，其他具有類似結構的離子導體，如LiNaSO₄和LiAgSO₄，高溫相也呈高對稱性結構（體心立方結構），并具有極高的陽離子電導率（~1 S cm^-1），且相變過程也伴隨著比熔化更大的相變焓變。相比之下，六方Na₂SO₄（高溫相）沒有表現出高的電導率（圖?3a），也不是轉動相，其熔化焓變（21kJ mol^-1）遠大于相變焓變（6.5kJ mol^-1）。

Li₂SO₄轉動相表現出的高離子電導率被認為是由于陽離子的擴散與陰離子運動的耦合引起的。當時有人提出陽離子穿過由陰離子轉動構成的“旋轉門”時其擴散受到促進。這種效應最初被稱為“cog-wheel機制”，后來被稱為齒輪機制(paddle-wheel)（圖3b）。paddle-wheel機制指出陽離子周圍的聚陰離子旋轉有助于促進陽離子的擴散躍遷。將熔融的Li₂SO₄進行淬火處理，可將其無序結構穩定至室溫，相較于自然冷卻所得的低溫相，淬火產物具有更高的離子電導率。由此說明了paddle-wheel機制對提高陽離子電導率的重要性，也為具有陰離子無序的離子晶體的高離子導電性提供了合理的解釋。

[PO₄]^3-聚陰離子也可發生旋轉運動。純Na₃PO₄低溫時為四方多晶α相，表現出較差的離子導電性(~10^-5?S cm^-1, 573 K)，在約600 K時發生相轉變，轉變為具有高對稱性的立方多晶γ相，并伴隨著體積膨脹(2.8%)、電導率提高一個數量級、E_a下降等現象（圖3d）。高溫相的γ-Na₃PO₄為轉動相（圖3c，左），即[PO₄]^3-的一個C₃軸隨機沿六個等價的[100]取向，其余的三個氧原子在垂直于該[100]方向的面上離域化分布。在Na₃PO₄的相變過程中，[PO₄]^3-取向無序與陽離子電導率提高的同時發生證明陰離子運動可以促進Na⁺的擴散。淬火無法穩定Na₃PO₄的高溫γ相，然而加入NaOH等添加劑能夠顯著降低T_trans，摻雜二價（Mg²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺）或四價（Zr⁴⁺）離子也能產生相同的效果，使電導率提高2~3個數量級。近期有研究報道添加劑和機械球磨對Na₂Zn_0.5PO₄結構轉變的影響：Na₂Zn_0.5PO₄低溫呈α相，高溫為β和γ多晶相。β多晶相可以通過用Ga³⁺和Al³⁺部分取代Zn²⁺來穩定，而γ多晶相可以通過球磨引入無序，增加體系的熵而使得高溫相穩定在室溫。

圖3.?[SO₄]^2-和[PO₄]^3-聚陰離子在無機堿金屬離子導體中的旋轉。(a)?Li₂SO₄和Na₂SO₄的電導率(σ）與溫度(T)的關系；(b)?α-Li₂SO₄中所提出的Li⁺遷移的paddle-wheel機制；(c)?HT γ-Na₃PO₄的晶體結及和三個O原子在Na₃PO₄中的旋轉運動示意圖（右）；(d)?Na₃PO₄的電導率與溫度的關系；(e) Na₂Zn_0.5PO₄的三種晶體結構。

2 [BH₄]^-的重定向

LiBH₄在高于T_trans（390 K）時轉變為超離子導體(σ≈10^-3?S cm^-1）。發生一級相變時，該材料從低溫正交相轉變為高溫六方相，且伴隨著[BH₄]^-有序-無序轉變、單胞體積減小、Li⁺電導的顯著提高（約三個數量級）。基于原位同步輻射X射線得到的各向異性位移橢球揭示了高溫相中[BH₄]^-四面體的高度無序性，寬溫度范圍內的中子粉末衍射也證實了隨溫度升高[BH₄]^-的無序度顯著增加。相較于低溫相，高溫相聲子態密度的低能（<15meV）部分更加顯著，也證明了[BH₄]^-重定向的無序性。

T_trans對于利用paddle-wheel機制、在較低溫度下實現高離子電導率至關重要。陰離子混合是一種調控陰離子骨架及其重定向能力的有效策略，向LiBH₄中添加LiX (X=Cl, Br, I)可將T_trans降低至353 K，該策略的調節效果與晶胞參數相關，并隨著鹵素離子半徑增加而變得更加顯著。在LiBH₄中添加超過12.5%的LiI時，可將T_trans降低至室溫，并顯著提高其離子電導率（2×10^-5?S cm^-1, 300 K）。準彈性中子散射和非彈性中子散射的結果表明，I^-可將[BH₄]^-的旋轉頻率提高100倍以上，并顯著降低[BH₄]^-的旋轉激活能。多種聚陰離子的混合或陰離子晶格的重排，可導致Li⁺在多個晶格位點重新分布，并產生不同于主體材料的Li⁺的局部配位環境。例如，將LiBH₄和LiNH₂以不同比例混合，生成的Li₂(BH₄)(NH₂)、Li₃(BH₄)(NH₂)₂、Li₄(BH₄)(NH₂)₃等氫化物表現出極高的離子電導率。研究表明，這些材料中Li⁺高的可移動性與B-H、N-H的重定向運動密切相關。此外，實驗測得的LiBH₄中[BH₄]^-的H原子旋轉運動的激活能(0.69 eV)與Li⁺擴散激活能(0.67 eV)相近，表明這兩種運動可能會在同一頻率發生。

3 [B_nH_n]^2-?(n = 10, 12)的重定向

盡管MBH₄?(M = Li, Na)及其衍生物具有高離子電導率，但其電化學穩定性、熱穩定性及濕空氣穩定性差。然而，值得注意的是，其反應的中間產物M₂B₁₂H₁₂因準球形框架中有較強的B-B鍵而具有良好的化學穩定性和熱穩定性。M₂B₁₂H₁₂還表現出優異的電化學穩定性和寬電化學窗口（高達5V）。 [B₁₀H₁₀]^2-或[B₁₂H₁₂]^2-聚陰離子為M₂B₁₀H₁₀和M₂B₁₂H₁₂?(M = Li, Na)陽離子的輸運提供了更大的自由體積，有助于促進陽離子的擴散。在超過T_trans時會發生有序-無序的相變，高溫相中高度無序的聚陰離子網絡結構加上富含空位的陽離子亞晶格，使得這些鹽展現出極高的陽離子導電性（圖4d）。

Na₂B₁₂H₁₂可發生兩次相變，即在529 K時從有序的單斜結構轉變為部分無序、陰離子偽體心立方密積的結構，并在545 K時轉變為完全無序、陰離子體心立方密積的結構。向高溫相的轉變伴隨著微小的體積收縮（3.4%）和離子電導率約三個數量級的提高(0.1 S cm^-1, 540 K）。Na₂B₁₀H₁₀的有序-無序相變發生在更低的溫度下(373 K)，并在高于轉變溫度時展現出極高的離子電導率(0.01 S cm^-1, 383 K)。²³Na NMR的結果表明有序-無序的相變過程伴隨著Na⁺躍遷頻率顯著提高、激活能顯著降低(高溫相0.190 eV，低溫相0.750 eV)。密度泛函理論計算表明該材料得高離子電導率與[B₁₀H₁₀]^2-的轉動相關：陰離子轉動促進Na⁺躍遷到八面體位，并使四面體位連通形成連續的離子輸運通道，顯著降低Na⁺遷移能壘。

使用C-H取代[B₁₂H₁₂]^2-和[B₁₀H₁₀]^2-中的一個B-H可生成結構相似的[CB₁₁H₁₂]^-和[CB₉H₁₀]^-。相較于MB₁₂H₁₂，LiCB₁₁H₁₂和NaCB₁₁H₁₂相變溫度顯著降低(400 K, LiCB₁₁H₁₂; 380 K, NaCB₁₁H₁₂)，且高溫相展現出更高的離子電導率和更低的活化能。碳代硼酸鹽更高的離子電導率是由更低的陰離子價態、更強的陰離子運動能力，更多的陽離子空位及更大的晶胞參數引起的。

圖4.?[BH₄]^-和[B_nH_n]^2-聚陰離子在無機堿金屬離子導體中的旋轉。(a)?LiBH₄結構中的六元Li-BH₄環（左）和BH₄晶胞（右），橢圓體概率為40%；(b)?Li₂(BH₄)(NH₂)、Li₃(BH₄)(NH₂)₂和Li₄(BH₄)(NH₂)₃以及主體材料的電導率與溫度的關系；(c)?NaBH₄、Na(BH₄)_0.75I_0.25、Na(NH₂)_0.5I_0.5和Na(BH₄)_0.5(NH₂)_0.5的電導率與溫度的關系；(d)?鈉、鋰閉合型硼酸鹽和碳代閉合型硼酸鹽的電導率與溫度的關系；(e) 基于從頭算分子動力學(AIMD)?計算的Na⁺和[CB₁₁H₁₂]^-之間的局部相互作用；(f)?LiCB₁₁H₁₂和NaCB₁₁H₁₂的無序相的陰離子跳躍與溫度的關系。

4 [PnX₄]^3-（X = S，Se）的旋轉

近期對Na₁₁Sn₂PnX₁₂（Pn=P, Sb；X=S, Se）材料的研究證實了陽離子擴散運動與聚陰離子（[PS₄]^3-和[PSe₄]^3-）旋轉運動之間存在強耦合關系。作者利用基于中子衍射的MEM分析，首次從實驗上證實了[PS₄]^3-基團存在聚陰離子轉動現象（圖5a-c）。并發展了一種時間關聯函數，從理論上嚴格證實了陰離子轉動能夠促進陽離子的傳導，且兩者之間的運動是耦合的。相比之下，在導電性較差的Na₁₁Sn₂SbS₁₂中，[SbS₄]^3-的旋轉運動明顯受阻。這一現象與聚陰離子得成鍵性質有關：P-S和P-Se鍵具有更強的共價性，有利于[PS₄]^3-和[PSe₄]^3-的旋轉；而在Sb-S鍵更強的離子性提高了亥姆霍茲自由能譜中的勢阱深度，因此[SbS₄]^3-的旋轉受阻。[PS₄]^3-和[PSe₄]^3-的旋轉運動與陽離子的擴散相耦合，即可通過paddle-wheel機制即時地擴大Na⁺擴散所需要跨越的由三個S原子構成的三角形瓶頸，促進陽離子的擴散（圖5g, h）。阻抗譜和AIMD模擬的結果也表明，高溫轉動相的高離子導電性與陰離子旋轉運動有關。

Paddle-wheel機制也可用于解釋硫代磷酸鹽高離子電導率得原因。使用Si⁴⁺取代P⁵⁺可將高溫轉動相(β-Li₃PS₄)穩定至室溫，生成的Li_3.25Si_0.25P_0.75S₄具有更大的晶胞參數和更高的離子電導率(1.22 mS cm^-1)，該材料表現出高離子電導率的原因與Na₁₁Sn₂PS₁₂相同，即[PS₄]^3-轉動擴大了Li⁺輸運瓶頸，促進了Li⁺擴散。此外，Li₆PS₅X (X=Cl, Br, I)中[PS₄]^3-也存在旋轉運動。

除了聚陰離子旋轉外，陰陽離子相互作用也對陽離子的輸運具有促進作用。AIMD模擬結果表明Li₃InBr₆中Br^-導致的局部化學環境波動可促進Li⁺輸運， Li和Na的鹵化物電解質中MCl₆也可以發生轉動，其對陽離子擴散的影響需要進一步研究。

圖5.?[PnS₄]^3-聚陰離子在Na₁₁Sn₂PnX₁₂（其中Pn=P、Sb；X=S、Se）中的旋轉。

(a，b)?變溫中子粉末衍射的Na₁₁Sn₂PS₁₂的核密度圖；(c) 由從頭算分子動力學(AIMD)模擬得到的Na₁₁Sn₂PS₁₂、Na₁₁Sn₂PSe₁₂和Na₁₁Sn₂SbS₁₂的[PnX₄]^3-聚陰離子的三維概率密度分布；(d-f)?Na₁₁Sn₂PS₁₂、Na₁₁Sn₂PSe₁₂和Na₁₁Sn₂SbS₁₂的亥姆霍茲自由能表面；(g，h)??AIMD模擬分析證明[PS₄]^3-/[PSe₄]^3-陰離子旋轉與Na⁺輸運存在耦合。

在室溫下穩定轉動相

大多數化合物僅能在其高溫相中才表現出陰離子轉動行為及超快陽離子傳導性質，故而有必要將有序-無序的相變溫度降低到接近或甚至低于室溫，使得在室溫下paddle-wheel機制被激活從而開發室溫高陽離子電導率的材料。無序的高溫相可通過特定的化學調控策略來穩定，即提高無序相的熱力學穩定性來降低T_trans，或通過動力學抑制的方式，使得高溫相的無序結構被部分凍結在室溫。前者可以通過調節陰/陽離子的尺寸比、改變聚陰離子的對稱性及混合其他陰離子等方式，調整固定的或可移動的亞晶格來實現（圖6a, b），具體的方式包括：將多種元素整合到同一晶格位點或引入陽離子無序，通過熵增的方式將陽離子和陰離子的無序結構穩定在室溫；進行球磨處理減小晶體尺寸，從而有效降低T_trans（圖6d）。后者可通過使玻璃態前驅體結晶使得玻璃態的無序部分保留在室溫（圖6c）或將玻璃態前驅體淬火處理來實現。

值得注意的是陰離子重定向或旋轉運動的起始溫度應通過實驗的方式確定，例如結合差示掃描量熱法、X射線/中子衍射及變溫電導的測量來完成。無法單獨通過AIMD模擬確定該溫度，這主要是因為低模擬溫度所得的數據十分有限。

圖6.?在室溫下穩定旋轉相。

(a)?無序的超離子相可以通過與其他陰離子混合以誘導陽離子/空位無序，從而增強熱力學穩定性；(b)?用[BH₄]^-取代陰離子會產生轉子相并引起電導率σ顯著增加；(c)?玻璃前驅體的結晶可以在陰離子亞晶格中“凍結”無序，從而引發陽離子無序；(d)?作為淬火的替代方法，球磨減小了微晶的尺寸并引入了無序效應，可以將類似高溫的快離子導電相在室溫中穩定，從而導致陽離子電導率提高幾個數量級。

陰離子動力學的影響

在Li₂SO₄的轉動相中，單價陽離子(Li⁺, Na⁺, K⁺, Ag⁺?,Rb⁺, Tl⁺)擴散系數為10^-5?cm²?s^-1， 二價陽離子(Ca²⁺, Mg²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺)擴散系數為10^-6?cm²?s^-1，這一現象無法用傳統的離子躍遷機制解釋。此外，其離子電導率-溫度曲線不符合Arrhenius關系，表明離子躍遷不是通過簡單的熱激活導致的，應將陰離子轉動考慮進來。

當聚陰離子旋轉與陽離子擴散發生在同一時間尺度上時，這兩種運動存在協同作用。AIMD模擬表明，陰離子旋轉可瞬時擴大陽離子遷移的瓶頸，降低陽離子躍遷能壘。在宏觀尺度上，聚陰離子旋轉可在擴散開始時及擴散過程中降低陽離子所感知到的勢能。短時間尺度的陰離子旋轉可改變局部勢能，為陽離子擴散提供了驅動力，導致陽離子重排并沿著低能壘的路徑擴散。

ASSBs中轉動相的評估

聚陰離子的旋轉運動廣泛地存在于多種固態電解質中，包括硫代磷酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、硼氫化物、閉合型硼酸鹽和鹵化物，而超離子導體中的陰離子運動及其與陽離子擴散的耦合程度還需要進一步的研究。相較于基于有機液體電解質的傳統充電電池（圖7a），ASSB有望實現更高能量密度和更高安全性，因為它們可以整合高壓正極和鋰金屬負極且不具有易燃易爆的性質（圖7b）。以兩類固態電解質為例，介紹轉動相的電化學性能，一類是具有高離子電導率的硫代磷酸鹽：Li₁₀GeP₂S₁₂（12 mS cm^-1）及其衍生物；另一類是Li⁺導電或Na⁺導電的鹵化物，它們在與高壓氧化物正極接觸時表現出良好的電化學穩定性。

硫代磷酸鹽具有良好的延展性，容易形成致密的低電阻正極復合層，但其電化學窗口窄，易發生氧化還原反應。因此，包覆材料對于穩定電解質/電極界面至關重要。在LiNbO₃的保護下，基于Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)型骨架硫代磷酸鹽材料的ASSBs即使在充電至高壓時，也能在高倍率下表現出優異的電池性能，表明ASSBs可提供高功率密度（圖?7d）。

最近發現的具有高導電性的鹵化物電解質引起了廣泛的關注。鋰和鈉的鹵化物在與高壓氧化物正極接觸時表現出良好的電化學穩定性（高達4.6V，甚至4.8V），并在ASSB中表現出優異的循環穩定性（圖7c）。這些研究表明，無機塑晶相是有前途的固體電解質，可以在未來幾年進一步推動具有高功率密度和高電壓的ASSBs的發展。

圖7.?評估ASSB中的旋轉相。

（a，b）傳統液態鋰離子電池和鋰金屬全固態電池示意圖；（c）兩種不同ASSB在不同倍率下的放電曲線；（d）已報道的電池和電容器的Ragone?圖

【總結與展望】

利用最先進的技術(NMR, QENS和AIMD)已積累了足夠的證據來證實和解釋 paddle-wheel 機制——即轉動相中陰離子的旋轉運動有利于促進陽離子的平移擴散。過去幾年的研究不僅拓寬了我們的視野，更重要的是指出了利用paddle-wheel機制預測和開發材料的新方向。陰離子旋轉的起始溫度可以通過熵增機制進行調控，實現較低的相變溫度或從動力學上將高溫無序結構冷凍在室溫。化學取代、機械球磨和高溫熔體淬火等方法已被證明是有效的調控手段。利用陰離子旋轉來提高無機轉動相的離子電導率是一種具有潛力的探索新型超離子導體的方法。陰離子動力學也可以作為一種額外的描述符，幫助我們理解固態材料種離子傳導現象及機理。

【參考文獻】

[1] Zhang, Zhizhen; Nazar, Linda F*; Exploiting Paddle-wheel Mechanism for the Design of Fast Ion Conductors. Nature Reviews Materials, 2022, https://www.nature.com/articles/s41578-021-00401-0.

[2] Zhang, Zhizhen; Nazar, Linda F.*; Coupled Cation-Anion Dynamics Enhances Cation Mobility in Room-Temperature Superionic Solid-State Electrolytes, Journal of the American Chemical Society, 2019, 141(49): 19360-19372.

[3] Zhang, Zhizhen; Linda F., Nazar*; Targeting Superionic Conductivity by Turning on Anion Rotation at Room Temperature in Fast Ion Conductors,?Matter, 2020, 2(6): 1667-1684.

【作者介紹】

章志珍，中山大學“百人計劃”引進中青年學術骨干。博士畢業于中國科學院物理研究所，師從中國工程院院士陳立泉研究員和中科院萬人領軍計劃引進的胡勇勝研究員（國家杰青）。隨后在加拿大滑鐵盧大學Linda Nazar院士組完成博士后研究。2020年入職中山大學材料學院。長期從事固態電化學相關的儲能電化學材料與器件的研究，致力于鋰/鈉離子在固體中輸運機理的研究以及鋰/鈉固態電池中固-固界面擴散動力學的調控。結合中子衍射、透射電鏡等實驗表征手段及第一性原理計算、從頭算分子動力學 (AIMD) 模擬、聲子譜等理論模擬，從微觀原子尺度理解固體材料中離子輸運行為及躍遷機制。取得了一系列原創性的成果，近5年來共發表高水平學術論文近30篇，一作/通訊論文包括國際頂級學術期刊Nature Review Materials, J. Am. Chem. Soc., Energy Environ. Sci., Matter, Sci. Advances, Adv. Energy Mater.等，多篇ESI高被引論文，單篇最高引用近600次。詳見：https://scholar.google.com/citations?user=sD5G6F0AAAAJ&hl=en。擔任Frontiers in Energy Research的客座編輯及多個具有重要影響力期刊的常用審稿人。

Linda Nazar, 加拿大皇家學會及英國皇家學會院士、國際頂尖的能源材料與固態化學專家、加拿大固態能源首席科學家。其研究涵蓋鋰硫電池、鋰空氣電池、鋰離子電池、鈉離子電池、鎂離子電池等。曾獲MRS 獎章（2020）、英國皇家學會會士（2020）、CIC獎章（2019）、加拿大委任官員（2015）、加拿大皇家學會會士（2011）、美國化學會化學或化學工程杰出女性獎（2011）、加州理工杰出摩爾學者（2010）、國際電化學會電池研究獎（2009）、“全球高被引科學家”（2014、2016、2018、2020）等。在Science、Nat. Mater.、Nat. Chem.、Nat. Energy、Chem. Rev.、JACS、Energy Environ. Sci.、Nat. Commun.、Angew、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.等國際著名期刊上發表論文300多篇，被引53000多次，H因子107。擔任Energy Environ. Sci., Matter等雜志的編委。